教學(xué)設(shè)計(jì)

課程基本信息學(xué)科信息科技年級(jí)七年級(jí)學(xué)期春季課題第11課物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取教科書書名：信息科技教材出版社：浙江教育出版社出版日期：2024年9月教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)對(duì)象分析本課是第三單元第1課，本課內(nèi)容與上一單元傳感器的應(yīng)用、無(wú)線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議緊密關(guān)聯(lián)。上一單元基于物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層的各層具體科學(xué)原理展開(kāi)，本課以數(shù)據(jù)為主線，闡述數(shù)據(jù)“獲取—傳輸—接收”的過(guò)程，同時(shí)也為后續(xù)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用做好準(zhǔn)備。本課內(nèi)容主要包括“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方式”“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收”。本課遵循“數(shù)據(jù)”“信息處理”兩條邏輯主線，響應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)中“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”模塊中內(nèi)容要求3、內(nèi)容要求4?！拔锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方式”包含識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、定位技術(shù)等多樣化的數(shù)據(jù)獲取方式?！拔锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收”應(yīng)用物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。七年級(jí)的學(xué)生，觀察細(xì)節(jié)的感受力、辨別事物差異的準(zhǔn)確率均在逐漸發(fā)展。抽象邏輯思維開(kāi)始由“經(jīng)驗(yàn)型”向“理論型”轉(zhuǎn)化。上一單元，學(xué)生了解了傳感器、識(shí)別技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，為本課物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方式的選擇做好了準(zhǔn)備；而通信技術(shù)、MQTT協(xié)議訂閱模型的原理解析，為本課理解和實(shí)現(xiàn)“獲取、傳輸、接收數(shù)據(jù)的過(guò)程”打下基礎(chǔ)。部分學(xué)生體驗(yàn)過(guò)手機(jī)公交車查詢App、汽車導(dǎo)航等生活中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，但是因?yàn)樯钪械奈锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，學(xué)生在上一單元分別學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)各層的功能原理，但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、發(fā)送、傳輸和接收過(guò)程的整體認(rèn)知尚未形成，對(duì)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的分析較為困難。因此學(xué)生學(xué)習(xí)本課知識(shí)時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)實(shí)物聯(lián)應(yīng)用問(wèn)題分析來(lái)厘清相關(guān)知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)分析（含核心素養(yǎng)導(dǎo)向）1.通過(guò)選擇物聯(lián)網(wǎng)感知層多樣化的感知與識(shí)別技術(shù)，了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取方式。2.通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、發(fā)送、傳輸和接收實(shí)驗(yàn)，了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?，體會(huì)萬(wàn)物互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。教學(xué)重點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)感知層多樣化的數(shù)據(jù)讀取方式，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、發(fā)送、傳輸和接收過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的獲取、發(fā)送、傳輸和接收過(guò)程。教學(xué)過(guò)程（一）感知活動(dòng)1：討論校園農(nóng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取方式【活動(dòng)描述】學(xué)生小組討論校園農(nóng)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取方式?！緦W(xué)生活動(dòng)】學(xué)生閱讀課本p63，并結(jié)合本組搭建的物聯(lián)子系統(tǒng)，兩人小組討論表1問(wèn)題并記錄。表1校園農(nóng)場(chǎng)物聯(lián)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方式設(shè)計(jì)表問(wèn)題討論結(jié)果這種植物需要什么生長(zhǎng)環(huán)境？校園農(nóng)場(chǎng)物聯(lián)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)哪些環(huán)境數(shù)據(jù)？用什么方式做好記錄并保存數(shù)據(jù)？代表性小組匯報(bào)，其他小組補(bǔ)充?！窘處熁顒?dòng)】在學(xué)生討論過(guò)程中，關(guān)注學(xué)生討論的情況，協(xié)助學(xué)有困難的學(xué)生解決問(wèn)題。選擇2—3個(gè)小組代表以備分享。在學(xué)生匯報(bào)分享時(shí)，邀請(qǐng)典型代表上臺(tái)分享。強(qiáng)調(diào)根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)套盒中的傳感器，確定本小組需檢測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)。引導(dǎo)學(xué)生比較不同數(shù)據(jù)記錄保存方法?！驹O(shè)計(jì)意圖】引入真實(shí)的問(wèn)題情境，選擇數(shù)據(jù)獲取方式，提升學(xué)生的信息鑒別力。通過(guò)交流研討達(dá)成共識(shí)：確定校園農(nóng)場(chǎng)物聯(lián)系統(tǒng)需要采集什么數(shù)據(jù)，采用哪種傳感器獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)積累數(shù)據(jù)。（二）建構(gòu)活動(dòng)2：實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收【活動(dòng)描述】學(xué)生使用實(shí)驗(yàn)板、物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，思考數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)中的傳輸過(guò)程?！緦W(xué)生活動(dòng)】1.學(xué)生兩人一組，觀看“平臺(tái)新建項(xiàng)目主題微課”“實(shí)驗(yàn)板發(fā)送程序修改參數(shù)微課”視頻，完成物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)部署、實(shí)驗(yàn)板代碼修改。（如圖1）圖1物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)部署、實(shí)驗(yàn)板關(guān)鍵代碼修改具體步驟如下：（1）新建項(xiàng)目和主題：在物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)上新建項(xiàng)目和主題。（2）實(shí)驗(yàn)板發(fā)送數(shù)據(jù)：打開(kāi)半成品程序“實(shí)驗(yàn)板發(fā)布待修改程序.py”，修改參數(shù)：useId（用戶ID）、projectId（項(xiàng)目ID）、傳感器采集數(shù)據(jù)、主題名。運(yùn)行平臺(tái)接收數(shù)據(jù)。 2.觀察數(shù)據(jù)，討論數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。 （1）兩人小組下載平臺(tái)數(shù)據(jù)，填寫觀察發(fā)現(xiàn)。（2）組內(nèi)討論：物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是如何傳輸?shù)狡脚_(tái)的？3.三組代表展示觀察發(fā)現(xiàn)，一組說(shuō)明數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，其他組補(bǔ)充。【教師活動(dòng)】在學(xué)生活動(dòng)操作過(guò)程中教師巡回指導(dǎo)，對(duì)程序調(diào)試失敗的學(xué)生給予針對(duì)性指導(dǎo)。2.在學(xué)生填寫觀察發(fā)現(xiàn)和討論的過(guò)程中，教師巡視，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的填寫情況，引導(dǎo)學(xué)生從時(shí)間、內(nèi)容、硬件現(xiàn)象等多個(gè)維度觀察梳理，巡視收集不同的小組意見(jiàn)，為下一步的分享做鋪墊。3.請(qǐng)三組代表性學(xué)生展示下載的平臺(tái)數(shù)據(jù)、分享觀察發(fā)現(xiàn)，其他小組補(bǔ)充，生成實(shí)驗(yàn)改進(jìn)需求。展示實(shí)驗(yàn)板發(fā)送數(shù)據(jù)至物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)示意圖，請(qǐng)學(xué)生小結(jié)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)是如何傳輸?shù)狡脚_(tái)的。圖2實(shí)驗(yàn)板發(fā)送數(shù)據(jù)至物聯(lián)數(shù)據(jù)中臺(tái)示意圖【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目需求自主設(shè)置項(xiàng)目、主題、修改代碼。生成傳感器采集、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送、平臺(tái)匯集的技術(shù)體驗(yàn)，達(dá)成收集數(shù)據(jù)的工程實(shí)現(xiàn)。采集數(shù)據(jù)的觀察分析，為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改進(jìn)埋下伏筆：數(shù)據(jù)雷同，需合理設(shè)置采集的時(shí)間和間隔?；顒?dòng)3：設(shè)計(jì)主題發(fā)布時(shí)間和頻次【活動(dòng)描述】?jī)扇诵〗M設(shè)計(jì)溫度主題發(fā)布的時(shí)間和頻次?！緦W(xué)生活動(dòng)】小組設(shè)計(jì)主題發(fā)布時(shí)間和頻次。組內(nèi)討論并填寫表4。表4主題消息最佳發(fā)布時(shí)間、頻次及原因設(shè)計(jì)表主題消息最佳的發(fā)布時(shí)間及原因（什么時(shí)候開(kāi)始采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)？為什么？）主題消息最佳的發(fā)布頻次及原因（間隔多長(zhǎng)時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)？為什么？）注：物聯(lián)平臺(tái)最多存儲(chǔ)500條消息。兩組展示主題消息最佳發(fā)布時(shí)間、頻次及原因，其他組補(bǔ)充?！窘處熁顒?dòng)】1．在學(xué)生填寫表格時(shí)，教師巡視，實(shí)時(shí)了解學(xué)生的表格填寫情況，對(duì)設(shè)計(jì)困難的小組給予針對(duì)性指導(dǎo)。重點(diǎn)觀察哪些學(xué)生填寫的內(nèi)容具有“互補(bǔ)性”，挑選有代表性的小組作品備展。2.小組匯報(bào)展示過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比不同的發(fā)布時(shí)間、頻率的可操作性和對(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律的作用，結(jié)合學(xué)生的匯報(bào)進(jìn)行補(bǔ)充和小結(jié)。【設(shè)計(jì)意圖】主題消息發(fā)布時(shí)間頻次分析，是結(jié)合對(duì)平臺(tái)接收到的數(shù)據(jù)的觀測(cè)、硬件限制、數(shù)據(jù)應(yīng)用需求思考，來(lái)合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)改進(jìn)系統(tǒng)。（三）應(yīng)用活動(dòng)4：生活應(yīng)用中的數(shù)據(jù)獲取方式、發(fā)送接收分析【活動(dòng)描述】學(xué)生討論日常生活信息科技應(yīng)用中的數(shù)據(jù)獲取方式和數(shù)據(jù)發(fā)送接收過(guò)程。【學(xué)生活動(dòng)】1.小組選擇以下一個(gè)問(wèn)題，討論數(shù)據(jù)獲取方式和數(shù)據(jù)發(fā)送接收過(guò)程：（1）手機(jī)上的公交車查詢專用App為什么能將車輛的到站信息標(biāo)記的基本準(zhǔn)確？（2）有些汽車導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)提示紅綠燈倒計(jì)時(shí)狀況，甚至精確到紅燈還剩幾秒轉(zhuǎn)綠燈，其中的數(shù)據(jù)是如何得到的？（3）餐館是如何實(shí)現(xiàn)多人掃同一個(gè)二維碼一起點(diǎn)餐的？2.每個(gè)問(wèn)題1-2個(gè)代表性小組分享觀點(diǎn)。【教師活動(dòng)】小組討論中，聆聽(tīng)學(xué)生討論，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用發(fā)布者、物聯(lián)平臺(tái)、訂閱者角色模型解析生活中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，遴選有代表性的觀點(diǎn)備展。小組觀點(diǎn)分享時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展質(zhì)疑和對(duì)話，形成不同觀點(diǎn)的碰撞。結(jié)合學(xué)生的匯報(bào)進(jìn)行補(bǔ)充和小結(jié)?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過(guò)應(yīng)用“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、發(fā)送接收模型”剖析生活中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，進(jìn)一步達(dá)成了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)讀取方式和數(shù)據(jù)獲取、發(fā)送、傳輸和接收過(guò)程的教學(xué)重點(diǎn)。培養(yǎng)了應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，解析新技術(shù)新應(yīng)用的意識(shí)和能力。（四）梳理【活動(dòng)描述】學(xué)生梳理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取、發(fā)送、傳輸和接收，在教師的引導(dǎo)下不斷完善自己的知識(shí)體系。【學(xué)生活動(dòng)】圍繞問(wèn)題“數(shù)據(jù)的獲取方式有哪幾種？分別是怎樣實(shí)現(xiàn)的？”以四人小組分享物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)獲取方式、發(fā)送與接收過(guò)程，并對(duì)彼此的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充。兩組代表上臺(tái)分享梳理成果，其他組進(jìn)行提問(wèn)和補(bǔ)充?！窘處熁顒?dòng)】